Što trebate za izgradnju vlastitog autonomnog robota

Jeste li ikad poželjeli napraviti vlastiti robot? Nije tako teško kao što možda mislite, bilo da koristite komplet ili niz standardnih elektroničkih komponenata.

Glavna prepreka je kretanje zbunjujućim brojem opcija dostupnih za izradu robota na kotačima, uključujući njegov mikrokontroler, šasiju, motore i senzore. Najjednostavnija je opcija kupiti puni komplet robota, ali ako želite stvoriti robot izrađen po mjeri, vodit ćemo vas korak po korak kroz glavne izbore koje ćete donijeti.

1. Mikrokontroler / SBC

Vašem će robotu trebati elektronički "mozak" za kontrolu svih njegovih funkcija, uključujući kretanje. Dvije najpopularnije opcije su Raspberry Pi i Arduino.

Raspberry Pi je računalo s jednom pločom (SBC) s mikroprocesorom Arm koje može pokretati puni Linux operativni sustav. Glavna korist za izradu robota je ta što je moćniji od mikrokontrolera poput Arduina, omogućujući vam pokretanje složenijih programa. Ovo je idealno za prepoznavanje lica i druge oblike AI, tako da možete stvoriti stvarno pametnog robota.

Još jedna prednost je što ga možete programirati na gotovo bilo kojem jeziku. Jedan od najpopularnijih za robotiku u Pythonu, koji je manje zastrašujući od C za početnike u kodiranju.

S druge strane, Arduino je idealan za jednostavnije robotičke projekte. Osim što je obično jeftiniji, troši manje energije, tako da treba dulje vrijeme da se isprazni prijenosna baterija ili baterija.

Iako se obično programira u C koristeći Arduino IDE na računalu, moguće je koristiti a grafički IDE pod nazivom Xod za kontrolu Arduino robota.

Ostali mikrokontroleri također su prikladni za robotiku, uključujući Teensy, BeagleBone, micro: bit i Raspberry Pi Pico.

2. Šasija

Za robota na kotačima trebat će vam šasija da oblikuje njegovo tijelo, smjesti elektroniku i montira motore (pomoću nosača).

Brojni su kompleti šasije dostupan u različitim veličinama i materijalima, obično za robote na dva ili četiri kotača - ponekad i šest kotača. Većina su jednostavne platforme za montiranje elektronike i motora; skuplje opcije mogu uključivati ​​sustav ovjesa.

Možete i sami izraditi vlastiti DIY kućište, od materijala kao što su plastika, metal, drvo, Lego cigle ili čak karton. Važno je uzeti u obzir koliko robustan želite biti robot. Ako se treba nositi s teškim terenom, poželjet ćete trajniju šasiju.

3. Motori

Da bi se vaš robot pomicao, trebat će vam motori. Za robota na kotačima to će biti standardni istosmjerni motori koji se - za razliku od serva ili koračnih motora - slobodno vrte velikom brzinom.

Neki motori imaju ugrađeni prijenosnik za povećanje okretnog momenta i pogon većih tereta. Provjerite omjer stupnja prijenosa (ili smanjenje brzine): što je veći, to je veći okretni moment i niža brzina. Za početnike se preporučuju veći omjeri.

Ako vam je potrebno točno očitavanje i kontrola brzine motora, postoji i mogućnost dodavanja a magnetni ili optički koder brzine na svaku osovinu motora, koji će podatke vratiti na vaš mikrokontroler.

Brzinom svakog motora obično upravlja PWM (modulacija širine impulsa), što uključuje slanje toka digitalnih on-off impulsa: što više impulsa u ciklusu, brže se okreće.

4. Vozač motora

Jednosmjerne motore ne možete izravno povezati s računalom s jednom pločom ili pločom mikrokontrolera, jer potonji neće moći isporučiti dovoljno snage za motore i možete oštetiti ploču.

Umjesto toga, trebat će vam ploča upravljačkog programa motora / kontrolera spojena između motora i vašeg mikrokontrolera, a također i na izvor napajanja. Povoljne upravljačke ploče često se temelje na dvokanalnom H-bridge čipu L298N ili DRV8833. Broj kanala određuje koliko se motora može samostalno upravljati, pa će vam trebati više kanala (i upravljačkih programa) za 4WD ili 6WD.

Iako je moguće da netko tko poznaje elektroniku napravi vlastiti vozač motora s H-mostom, lakše je kupiti ploču vozača. Postoje brojni HAT-ovi dostupni za postavljanje na Raspberry Pi i namjenski Motorni štit za Arduino.

Ključni čimbenik pri odabiru pokretača motora je osigurati da može podnijeti napon potreban motorima, kao i njihovu kontinuiranu radnu struju. Ako potonje ne možete pronaći u specifikacijama motora, obično je 20% do 25% niža od zaustavne struje. Maksimalna struja motora vozača trebala bi biti približno dvostruka kontinuirana struja motora.

5. Kotačići

Naravno, ovo je neophodno za robota na kotačima! Jednostavni robot na dva kotača najlakši je za početnike, obično sadrži mali kotačić, kotačić ili klizni kotač bez pogona kako bi mu pomogao da održi ravnotežu.

Robot na četiri kotača sljedeći je korak naprijed, pružajući dodatnu stabilnost i kontrolu. Ako želite neovisnu kontrolu svakog motora / kotača za istinski pogon na sva četiri kotača, na ploči će vam trebati dva dvokanalna čipa vozača motora. Kao alternativu, možete koristiti jedan pokretač za upravljanje dva motora na svakom kanalu, pod uvjetom da ima dovoljno maksimalnog trenutnog kapaciteta za rukovanje svim njima.

Za terenske terene možda ćete htjeti ići i do šest kotača, ali trebat će vam dulja šasija da biste ih smjestili. Možete dodati gusjenične gusjenice za dodatno prianjanje, pa čak i sustav klackalice-postolja kao što je prikazano na NASA-inom roveru Perseverance Mars.

Iako je moguće imati upravljive kotače pomoću servo upravljača za njihovo okretanje i njihove motore, najčešća metoda za upravljanje robotom je jednostavno pokretanje kotača s jedne strane brže od druge.

Još jedna zanimljiva opcija je upotreba Mecanum kotača, čiji im posebni valjci omogućuju bočno pomicanje kad se četiri kotača okreću u određenom uzorku. Izvrsno za paralelno parkiranje!

6. Vlast

Povezivanje robota s mrežnom utičnicom bilo bi malo ograničeno, pa će vam trebati prijenosni izvor energije. Dvije su glavne metode:

1. Koristite zasebne izvore napajanja za motore i elektroniku.
2. Upotrijebite jedan izvor napajanja spojen na oba putem BEC-a (krug eliminatora baterije). Vaša ploča vozača motora može sadržavati BEC.

Koju god opciju odabrali, mogući izvori napajanja uključuju USB banke napajanja, baterija (npr. 4x AA) i LiPo baterije. Samo provjerite dajete li ispravne napone i trenutne razine. Mnoge ploče vozača motora nude zaštitu od prekomjerne struje i obrnutog polariteta.

7. Senzori

Iako je moguće programirati vašeg robota da se kreće u zadanom uzorku ili ga ručno kontrolirati s udaljenog uređaja, dodavanje senzora omogućit će mu autonomno djelovanje.

Ultrazvučni senzor udaljenosti, kao što je HC-SR04, omogućit će robotu da osjeti zid ili drugu prepreku ispred sebe kako bi mogao poduzeti izbjegavajuće mjere.

Još jedna popularna opcija je navođenje robota na praćenje puta na podu. Jedan ili više IR senzora za praćenje crte montirani sprijeda omogućuju mu otkrivanje tamne crte na podu i upravljanje njime.

Možete čak i svom robotu dati 'oči' s dodatkom malene kamere. Slike se mogu interpretirati pomoću biblioteke računalnog vida kao što je OpenCV za otkrivanje predmeta ili čak lica.

Izgradite vlastiti autonomni robot: Uspjeh

Sada imate pregled kako izraditi vlastiti robot na kotačima. Nadamo se da vas je nadahnuo da prvi put krenete u čudesni svijet robotike. Nakon što izgradite svoj prvi robot, možda biste željeli izraditi drugu vrstu, poput one s nogama ili robotskom rukom.

Najbolji tamni web preglednik za vaš uređaj

Želite pristupiti tamnoj mreži? Morate koristiti mračni web preglednik koji vas može odvesti tamo i zaštititi vašu privatnost.

Pročitajte Dalje

O autoru